AWR射频微波电路设计与仿真教程实验报告

AWR射频微波电路设计与仿真教程课程实验报告

实验名称DBR带通滤波器、功率分配器与耦合器设计

i、功率分配器设计

一、实验目的

设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作

频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数εr＝9.8，H＝1000um，T＝18um。

基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。

进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线

扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。

二、实验仪器

硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10

三、实验步骤

⑴初始参数计算

根据设计要求，在应用软件进行仿真设计之前，首先需要确定功率分配器的结构，进行电路初值计算。一个2路等分功率分配器的结构如图4-6所示。图中，Z0＝5092，Za、2o的长度均为o4。其他参数计算:Zo＝Z，Zo＝Zos＝V2Zo，Za＝Zas＝Z，R＝2Z0

将计算结果填入表4-1。

⑵电路图仿真与分析

1、创建新工程（命名为Ex4.emp）

2、设置单位（GHz、Ohm、um）

3、设置工程频率（单位GHz，start为1.5，stop为4.5，step为0.01）

4、创建原理图

5、版图细调

检查MTRACE2元件，对该元件进行布线操作，微调之后得到结果如下：

6、版图对比分析

得到MTRACE2 X1元件参数值为：

DB { 2800,1807.134,2412 }um

RB { 270,180,270 }

W 406

L 10004.739

BType 2

M 0.6

对比图表如下：

将布线向左侧版图靠拢，会得到不一样的仿真结果。

⑷电磁提取分析

一、A CE分析

1、添加提取器（STACKUP元件、EXTRACT模块）

2、选择提取原件

3、提取

4、提取出的电磁结构如下图：

进行电磁电路联合仿真，得到如下图所示：

5、版图小型化调整结果如下：

2D结构：

6、提取三维电磁电路模型如下：

6、进一步压缩版图尺寸得到的模型和分析结果如下：

二、A XIEM分析

AXIEM分析过程与ACE相似，只是将Simulator项改成AXIEM

，不再赘述。最终得到的结果示例如下图：

-

四、实验结果分析

大多数结果符合预期。

ACE分析的结果的图表两个曲线相差略大，经过分析可能是我做的MTRACE2 X1布局尺寸较小造成的。

在改变耦合距离并记录s11参数时，并未观察到耦合效应，在重做了一遍之后看到了应有的耦合效应。

ii、DBR带通滤波器设计

一、实验目的

设计一个具有插入损耗小、带宽窄、带外陡峭性高、易于加工等特点的基于DBR结构er 的滤波器，设计一个微波带通滤波器，采用微带线、3阶DBR结构。指标要求:通带中心频率1GHz，相对带宽5％，S21＞-0.1dB:阻带频率分别为875MHz、1125MHz，S21＜-40dB，且在低端0.7GHz、0.77GHz、0.85GHz处，高端1.15、1，23、1.3GHz处，均具有传输零点。基板:介电系数96，厚度1mn双面覆铜，金属厚度08mSs

扩展内容:应用 Protel软件，完善硬件版图设计。

二、实验仪器

硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10

三、实验步骤

⑴初始参数计算

计算条件均为：εr=9.6，H=1mm，T=0.018mm，f0=1GHz将计算结果填入各表中，结果保留一位小数。

表8-1 1阶DBR单元参数

表8-2 2阶DBR单元参数

⑵原理图仿真

创建新工程，命名为 DBR filter. emp。新建一个电路原理图，命名为DBR。

设置单位:MHz、m:设置工程频率:500～1500MHz；阶长:1MHz。绘制原理图，添加图表，添加测量项S1、S21。分析电路，记录初始仿真结果。

调节:手动调节不同DBR单元的元件参数值，观察电路性能变化情况，总结调节特性手动调节x型结构、J变换器的元件参数值，观察电路性能变化情况，总结调节特性。通过总结调节经验，确定各个DBR单元所对应的传输零点，明确DBR滤波器的设计原理。优化:参照DBR滤波器的性能指标，设定优化目标;参考调节经验，自行选择相关敏感元件，设定优化参数及其上、下限范围选择适当优化算法，执行优化。记录优化后的元件参数值及结果图。考虑电路元件较多，可分组、多次优化，选择最优结果记录参考电路图(L、W值略)及优化结果。

参考电路图如下：

优化结果如下：

优化结果为：

在电路图中加入STACKUP模块和EXTRACT模块，进行ACE提取。将ACE标签页的最大耦合距离初设为20mm。

不断地改变耦合距离，也得到不同的有ACE提取的结果。

将EXTRACT模块的Simulator项改为AXIEM，进行AXIEM电磁提取分析。记录提取结果。

二维版图及电磁结构如下图：

三维结构如下：

四、实验结果分析

ACE分析的时候LPF name没有用MIC metric.lpf定义导致出不来结果。

在提取电磁结构之前需要进行模型位置粗调。

电磁分析没有问题，改变耦合距离的时候，分析结果也在随之发生变化。

结果基本符合预期。